火星，我來了！「天問一號」升空，中國火星探測進入新紀元

宇宙探測，一直是人類的夢想，早在兩千多年前，詩人屈原面對宇宙萬物，就發出了「遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？」的慨嘆，寫下了名篇《天問》。秉持著對於宇宙的探索精神，我國一直孜孜不倦地上下求索，兩千多年後的今天，以「天問」命名的我國首個火星探測器「天問一號」，於23日12點41分左右，在海南文昌航天發射場成功發射，標誌著中國航空航天工程向太空邁出了重要一步，開創了火星探測的新紀元。

2020年7月23日12點41分左右，「天問一號」火星探測器在海南文昌航天發射場成功發射

火星探測，難在哪裡？

火星是離地球較近且環境最相似的星球，一直是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。早從上世紀六十年代起，人類就開啟了探索火星的歷程，先後有美國、蘇聯/俄羅斯、歐洲、中國、日本、印度等國對火星進行了約四十四次探索任務，其中僅有二十四次成功。那麼，火星探測究竟困難在哪裡呢？其中最主要的原因是深空探索麵臨著非常複雜的環境挑戰。

火星與地球的最遠距離達到了4億公裡，深空探測器僅僅到達火星軌道的第一階段就耗時七個月，相比之下月球距地球約40萬公裡，由於脫離了地球磁場和大氣層的屏蔽與保護，探測器在飛行過程中會嚴重受到影響。例如，在行星際空間中，深空探測器會面臨輻射環境、太陽風等離子體環境、電磁輻射環境的威脅，而在近火星空間，深空探測器又面臨火星電離層、中性大氣、表面輻射環境等的挑戰。所以，想要進行火星探測，對於探測器的發射、軌道、控制、通信和電源等技術都提出了很高的要求。

今年7月到8月正是火星探測器發射的窗口期，屆時火星距離地球約5500萬公裡

我國早在2011年，就和俄羅斯合作發射了「螢火一號」火星探測器，但最終以失敗告終；隨後我國進行了長達數年的準備工作，如組建深空測控和地面接收網等；2014年珠海航展上中國航天科技集團展出了火星探測環繞器；2016年，中國正式批覆首次火星探測任務，中國火星探測任務正式立項，並將在2020年左右發射一顆火星探測衛星；2020年4月24日，中國行星探測任務被命名為「天問系列」，首次火星探測任務被命名為「天問一號」，後續行星任務依次編號。

今年，是火星探測年，由於火星距離地球遙遠，因此探測火星需要選擇其與地球距離較近的時機，這樣的機會每隔26個月才有一次，而今年7月到8月正是火星探測器發射的窗口期，屆時火星距離地球約5500萬公裡。所以，除了中國外，美國、阿聯也公布了相應的火星探測計劃。

繞、落、巡一步到位

中國「天問一號」火星探測器由長徵五號遙四運載火箭發射，該火箭芯級直徑達5米，捆綁4個3.35米助推器，起飛推力超過1000噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力，肩負著我國火星探測工程、探月三期工程和載人空間站工程等大型載荷和深空探測任務載荷的發射任務。整個發射過程為：長徵五號遙四運載火箭將把火星探測器發射至地火轉移軌道，此後在地面測控系統的支持下進入環火橢圓軌道，運行到選定的進入窗口。隨後，探測器將進行降軌控制，釋放著陸巡視器組合體。著陸巡視器組合體成功軟著陸後，火星車將與著陸平臺分離，開展區域巡視探測和相關工程實踐活動。環繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，並開展環繞科學探測。探測器將一次性完成「繞、落、巡」三大任務，預計明年2月份抵達火星。

「天問一號」火星探測器採用了多種先進的技術，繞、落、巡一步到位

在整個工作過程中，火星探測器如何降落在火星表面，是重中之重。據中國科學院院士、航天科技集團科技委主任包為民介紹，探測器的速度從降落前的每秒4.8公裡要逐步減速到著陸點的每秒0米，整個過程要用7-8分鐘，分為4個減速段：第一階段是氣動減速段，把速度從每秒4.8公裡減速到每秒460米，用時290秒左右。第二階段探測器將打開降落傘，大概用90秒的時間，將速度由每秒460米降到每秒95米。第三階段進入動力減速階段，探測器的反推發動機點火工作，將速度減小到每秒3.6米。第四階段懸停避障，也叫著陸緩衝段，懸停時探測器相對地面的速度已經為0。探測器懸停在空中，可以對火星表面進行觀察，為選定著陸點做最後的準備。目前中國已經成功進行了懸停避障試驗。

著陸巡視器在火星表面軟著陸後將釋放火星車，在火星表面進行巡視探測。據了解，火星車將停留90個火星日，開展巡視探測、火星地貌特徵研究等多項任務。包為民說，火星探測任務計劃通過實施一次發射，實現多個工程目標，包括火星環繞和著陸巡視，開展火星全球性和綜合性探測，並對火星表面重點地區進行精細巡視勘查。

相比於中國的「繞、落、巡」一步到位，阿聯「希望」號探測器不會在火星著陸，而是在距火星表面2萬至4萬千米的軌道上環繞火星運行。

飛控測控升級，「探火」全程有保障

據了解，在中國首次火星探測任務中，北京飛控中心將擔任指揮決策中心、控制計算中心、數據處理中心、信息交換中心和飛行器長期管理中心。作為任務飛行控制中心，北京飛控中心還承擔著地火轉移軌道控制、火星環繞捕獲控制、火面遙操作控制和環繞器運行管理等任務。

據介紹，此次任務將全面採用新一代飛控軟硬體系統。首次火星探測任務相對載人航天和月球探測任務，具有太空飛行器平臺新、探測領域新、實施周期長、測控模式複雜、軌道控制要求高以及應急處置難度大等特點難點。為此，北京中心科研人員近期開展了多次可靠性測試、壓力測試和穩定性測試，完成了軟體第三方評測，並通過各項聯調演練，全面、系統地檢驗了新一代軟體系統以及國產化硬體平臺的功能性能和協同工作的匹配性，為任務圓滿完成打下了堅實基礎。

「天問一號」火星探測器進入地火轉移軌道後，西安衛星測控中心喀什深空站、佳木斯深空站將為其提供全程測控支持。由於地、火距離遙遠，為保證測控的的準確性，西安衛星測控中心重點對兩個深空站的對頻率綜合系統、多功能數字基帶、監視和控制系統設備軟硬體進行升級，為任務執行提供更加穩定、強大的測控保障。

此外，為了保障著陸探測的順利進行了，我國火星探測器上還首次採用了環繞器雷達、鋰氟化碳電池組、新型行星齒輪減速無刷直流電機、新型傳感器等，可有效保障探測任務的順利進行。

「天問一號」進入地火轉移軌道後，西安衛星測控中心喀什深空站、佳木斯深空站將為其提供全程測控

結語

目前，美國和中國都公布了於2030年前從火星取樣返回地球的計劃。火星探測，對於揭開火星的神秘面紗、造福人類，具有重要意義，我國也將始終秉持這樣的初衷和信念。

天問一號，加油！